Vereinfacht ausgedrückt, können drahtlose Instrumentierungs-Netzwerke zu wesentlich geringeren Kosten installiert werden und sie sind schneller einzusetzen.
Drahtlose Produkte und Lösungen für Prozessautomatisierung bieten heutzutage Flexibilität und Skalierbarkeit zu einem Bruchteil der Kosten für vergleichbare verdrahtete Produkte. Die Kosteneinsparungen in Bezug auf infrastrukturelle Ausstattung, Engineering, Zeichnungen, Anlagen, Inbetriebnahme, Dokumentation und Wartung bezogen auf Investitionen in drahtlose Systeme überwiegen Investitionen in verdrahtete Systeme. Zusätzlich hat die Verwendung drahtloser Instrumente zu neuen Anwendungen im Feld der drahtlosen Prozessautomatisierung geführt, die in der Vergangenheit wirtschaftlichen, physikalischen und technologischen Hemmnissen unterworfen waren.
Zu den Sicherheitsmethoden, die bei standardisierten Protokollen wie dem WirelessHART verwendet werden, gehören: Authentifizierung, die spezifiziert, welche Geräte sich mit dem Netzwerk verbinden dürfen, 128-Bit AES-basierte Datenverschlüsselung und Integritätsprüfung, mit der festgestellt wird, dass Nachrichten nicht manipuliert wurden.
Die Sicherheitsmanager sind ein integrierter Bestandteil des gesamten drahtlosen Systemdesigns. Sie bestehen aus Softwarekomponenten, die den sicheren Betrieb des Netzwerks steuern, indem sie den Zugriff durch den Einsatz von Sicherheitsschlüsseln, Datenverschlüsselung, Integritätsprüfung und Gerätesicherheit kontrollieren.
Industrielle drahtlose Instrumentierungs-Protokolle wie WirelessHART und ISA100.11a wurden von Grund auf konzipiert um diese Anforderung zu berücksichtigen. Zuverlässigkeit wurde in diesen Protokollen adressiert indem gleichzeitig Zeit, Häufigkeit und räumliche Diversität ausgewertet wurde. So haben zum Beispiel Prüfungen bewiesen, dass in einem korrekt installierten WirelessHART Netzwerk die Datenverlässlichkeit (d.h. Daten erreichen ihr Ziel) bei fast 99,999 % liegt. Die einfachen Regeln, die beachtet werden sollten, lauten • Jedes Gerät muss mindestens 3 Nachbarn haben
• 20 % der Geräte müssen direkt mit dem Gateway verbunden sein.
Man kann aus zwei Topologien auswählen: Stern und Multi-Hop Mesh. Die Sterntopologie eignet sich für kleinere Installationen, bei denen sich die Knoten in geringem Abstand und in Sichtlinie zum Gateway befinden. Die Mesh-Topologie eignet sich für mittlere bis große Installationen und ermöglichen die Kommunikation der Knoten mit dem Gateway, selbst wenn es keine Sichtlinie gibt. Dies ist möglich, weil jeder Knoten im Netz Daten an die Nachbarknoten weiterleiten kann. Ist ein Knoten weit vom Gateway entfernt, erreicht das Übertragungssignal das Gateway mittels der dazwischenliegenden Knoten und umgekehrt. Jeder Knoten im WirelessHART Netzwerk hat das Potential als Router zu agieren.
Kurz gesagt: Selbst wenn die Kommunikation zwischen zwei Nachbarknoten in der Reichweite eingeschränkt ist, ermöglicht die Verwendung des Multi-Hop Netzwerks dem Netzwerkdesigner die Reichweite des Anlagennetzwerks zu erweitern.
Viele industrielle drahtlose Technologien nutzen das 2,4GHz ISM Band, das im Allgemeinen global verfügbar ist. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass die Verfügbarkeit von Kanälen und Sendeleistungen zwischen Ländern variieren können.
Um die Koexistenz von nebeneinander liegenden WirelessHART und WiFi-Netzwerken zu gewährleisten, die über das gleiche Frequenzband laufen, können bestimmte Bänder auf die schwarze Liste gesetzt werden, um eine Verschlechterung der Anwendung zu vermeiden. Kurz gesagt, können Störungen zu einem allgemeinen Rückgang des Netzwerkdurchsatzes führen und den QoS einer Netzwerkanwendung beeinträchtigen. Allerdings können die gemeinsame Verwendung des adaptiven Frequenzsprungverfahrens, der Sendeleistungssteuerung und die Weißlistung aktiver Kanäle die Koexistenz verbessern und zu einem effektiven Funkressourcenmanagement führen.
Viel leichter als verdrahtet. Skalierbarkeit ist ein Merkmal der Funktechnik. Sobald das neue Instrument physisch dort platziert ist, wo es gebraucht wird, ist es betriebsbereit. Eine geringfügige Konfiguration am Gateway ist erforderlich (wie die Notwendigkeit das Netzwerk und die Verbindungsschlüssel einzugeben) sowie das Verbindungsverfahren auf dem neuen Instrument zu starten.
Traditionelle Single-Sink Wireless Netzwerke haben eine eingeschränkte Skalierbarkeit während Multi-Sink Wireless-Netzwerke höhere Stufen der Skalierbarkeit erreichen können.
Die Batterielaufzeit hängt vom Energieverbrauch des Instruments ab. Normalerweise halten drahtlose Instrumente viele Jahre. Die Herausforderung besteht darin, den Batterieverbrauch niedrig zu halten um die Laufzeit des Netzwerks zu erhöhen. In industriellen Anwendungen sind sowohl die Messwertaufnehmer, wie die Kommunikationsgeräte, große Leistungsaufnehmer. Industrielle Messwertaufnehmer haben tendenziell eine höhere Leistungsaufnahme als nicht-industrielle Messwertaufnehmer. Darüber hinaus steht die Leistungsaufnahme in direktem Zusammenhang mit den Messwertaufnehmern und ihrer Verwendung, dem Gerätetyp und dem verwendeten Kommunikationsprotokoll.
In industriellen drahtlosen Protokollen, die auf eine drahtlose Prozessautomatisierung ausgerichtet sind, wird durch Funktionalitäten wie „Smart Publishing“, die Verwendung von Tiefschlaf-Modus und zeitsynchronisierte Kommunikation, das Entladen der Batterie verringert. Zudem werden Energy-Harvesting-Verfahren eingesetzt, die sich mit der Laufzeit des Knotens befassen.
Der Durchbruch von Energy Harvesting:
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